KR20100045053A - 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법 - Google Patents

티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법 Download PDF

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Abstract

티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법이 제공된다.
이 정련방법은 AOD 정련로에서 스테인레스 용강을 탈탄하고 실리콘으로 탈산하는 정련공정을 포함한 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,
상기 실리콘 탈산후에 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO2중량% 비)를 1.6~2.2로 제어하는 제 1단계;
상기 슬래그 중의 Al2O3함량을 5~10중량%로 제어하는 제 2단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, VOD 처리공정 없이 AOD 정련법의 단독공정으로도 주조중 침지노즐 막힘을 유발하는 고융점 개재물의 생성을 억제함에 따라 제품 표면품질이 우수한 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있는 효과가 있다.
페라이트계, 티타늄, AOD 정련법, 개재물, 노즐막힘

Description

티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법{METHOD FOR REFINING FERRITIC STAINLESS STEEL CONTAINING TITANIUM}
본 발명은 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VOD(Vaccum Oxygen Decarburization: 진공 산소탈탄) 처리공정 없이 AOD(Argon Oxygen Decarburization: 아르곤 산소탈탄) 정련법의 단독공정에서 탈탄 및 탈산 공정 이후의 슬래그 염기도와 슬래그 중의 Al2O3함량 제어를 통하여 용강의 개재물수를 최소화함으로써, 제품의 표면결함을 개선하는 정련방법에 관한 것이다.
전세계적으로 스테인리스강의 일반화된 정련법은 AOD(Argon Oxygen Decarburization: 아르곤 산소탈탄) 정련법과 VOD(Vaccum Oxygen Decarburization: 진공 산소탈탄) 정련법의 두 방법이 있다.
일반적으로 VOD정련법은 주로 고청정성이 요구되는 극저탄소, 극저질소 강종의 제조에 적용되는 정련방법으로, 반드시 AOD정련설비 등의 조탈탄 설비를 거친후 에 VOD에서 정련하는데, 최소 60분 이상의 처리시간이 필요하다. 즉, 중복되는 정련공정에 의해 생산성과 실수율 저하 및 제조비의 상승이 초래되게 된다. 따라서, 단독 정련이 가능하고 대량생산에 유리한 AOD정련법이 널리 사용되고 있다.
한편, AOD 또는 VOD정련법으로 페라이트계 스테인레스 용강을 정련할 때 실리콘 탈산하면 실리케이트는 아래 (1), (2)식과 같은 반응에 의해 슬래그 중의 산화물 또는 용강내 용존산소와 반응하여 실리케이트 개재물이 생성되는데, 대부분의 실리케이트는 슬래그화하여 제거되지만 일부가 용강내 잔류하여 최종 제품의 불량을 유발한다.
3Si + 2(Cr2O3) → 3SiO2 + 4Cr …(1)
Si + 2[O] → SiO2 …(2)
이러한 실리케이트 개재물은 실리콘 탈산제 대신 알루미늄을 탈산제로 사용하면 근본적인 발생을 방지할 수 있다. 알루미늄 탈산제는 슬래그중 유가금속 산화물 또는 용강중의 용존산소와 반응하면서 알루미나를 형성하는데, 이것은 비연성개재물로 용강내에 개재물로 존재하더라도 가공 크랙을 유발하지 않는다.
그러나, 용강중의 알루비나가 다량 존재하는 경우는 연속주조시의 노즐 크로깅(clogging)과 열간압연 및 냉간압연시의 표면결함을 야기하기 때문에 또 다른 심 각한 문제를 야기하게 된다. 또 알루미늄으로 탈산을 할 경우는 실리콘 대비 고가이므로 경제적인 부담이 되고 슬래그중 알루미나의 농도가 증가하면 내화물의 용손이 증가하게 된다.
따라서, 페라이트계 스테인리스강의 AOD정련법에서는 다량의 탈산제의 투입이 필요하기 때문에 알루미늄 탈산제를 직접 사용하지 못하고 그대신 실리콘 탈산후에 소량의 알루미늄을 이용하여 실리케이트 개재물을 제거하는 기술을 채용하고 있다.
그렇지만 AOD정련법으로 페라이트계 스테인레스 용강을 정련하는 경우, 실리콘 탈산에 의한 탈산능력의 한계를 가지며, 이로 인하여 청정도가 불량하거나 여전히 실리케이트 개재물과 같은 대형 개재물의 잔존으로 인해 표면결함이 발생하는 문제가 있다.
한편, VOD정련법을 이용하여 페라이트계 스테인레스 용강을 정련하는 경우 진공교반에 의한 강력한 교반의 알루미늄 탈산을 통하여 용강중의 산소수준을 낮출 수는 있으나, AOD로 실리콘 탈산 후 주조래들(Casting Ladle)에 알루미늄을 투입할 경우에는 교반력 부족으로 인하여 고융점의 MgO-Al2O3 스피넬(Spinel)계 개재물이 생성되어 오히려 용강의 청정도를 저해시키는 문제가 있다.
한편, 이를 개선하기 위한 종래기술로는 한국 공개특허공보 제2001-0009041호가 있으며, 상기 종래기술에서는 16~17%Cr 페라이트강에 대하여 AOD 정련로에서 알루미늄을 투입하여 청정도를 향상시키는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 상기 종래기술은 AOD내 용강을 슬래그와 함께 래들로 출강한 후 슬래그 상부에 형석을 투입하고 진공처리를 실시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것으로서, 공정이 복잡할 뿐만 아니라 실질적으로 진공처리를 경유하여 강교반에 의한 개재물 제거 작업이 동반되어야 하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, VOD 처리공정 없이 AOD정련법의 단독 공정시 슬래그 염기도와 슬래그 중의 Al2O3함량 제어를 통하여 용강의 개재물수를 최소화함으로써, 용강의 청정도와 제품의 표면결함을 동시에 개선할 수 있는 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정련방법은, AOD 정련로에서 스테인레스 용강을 탈탄하고 실리콘으로 탈산하는 정련공정을 포함한 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,
상기 실리콘 탈산후에 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO2중량% 비)를 1.6~2.2로 제어하는 제 1단계;
상기 슬래그 중의 Al2O3함량을 5~10중량%로 제어하는 제 2단계;를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 AOD 정련로에서 실리콘 및 알루미늄 탈산제를 투입하여 정련하는 경우 주조중 침지노즐 막힘을 유발하는 고융점 개재물의 생성을 억제하기 위 한 방안을 모색하던 중 슬래그 염기도와 슬래그 중의 Al2O3함량을 적절히 제어하면, Ti계 산화물 및 MgO-Al2O3 스피넬(Spinel)계 개재물의 생성을 억제할 수 있다는 것을 규명한 것이다.
먼저, 본 발명의 정련방법은 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강, 예컨대 자동차 배기계 머플러용으로 주로 사용되는 STS409L의 제조에 적용될 수 있으며, STS409L강의 대표적인 조성은 C: 50~200ppm, Si: 0.2~0.7%, Cr: 11~13%, N: 50~200ppm, Ti: 0.1~0.3%를 포함하여 이루어진다.
통상의 방법대로 스테인레스 용강을 AOD에서 탈탄한 후 탈산을 위하여 실리콘을 투입한다. 일반적으로 티타늄 함량이 약 0.25%일 경우 실리콘 탈산으로 인한 Ti계 산화물 생성을 방지하기 위해서는 강 중의 실리콘이 적어도 1%는 함유되어야 한다.
그러나, 실리콘 함량이 0.7%를 초과하는 경우에는 스테인리스 산세공정에서 실리콘 산화피막의 안정화로 인한 미산세가 발생할 수 있으므로 과량으로 실리콘을 투입하는 것은 바람직하지 못하며, 또한 AOD에서 생성된 슬래그 중에서 SiO2와 Ti의 하기 반응식(3)에 의하여 Ti계 산화물이 생성될 수 있다.
(SiO2) + [Ti] → [Si] + (TiO2) …(3)
이를 방지하기 위하여 AOD 정련로에서 용강중 알루미늄을 적절히 투입하고 교반을 통하여 탈산을 강화할 경우 Ti계 산화물의 생성을 억제할 수 있다. 그러나, 알루미늄 투입량이 과다할 경우에는 AOD 노체와 주조래들중의 내화물에서 용출된 MgO성분과 Al2O3의 반응에 의한 MgO-Al2O3 스피넬(Spinel)생성으로 인하여 오히려 표면결함을 유발할 수 있다.
따라서, Ti계 산화물의 생성을 억제하면서도 MgO-Al2O3 스피넬(Spinel)의 형성을 억제하기 위해서는 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO2중량%비)를 제어하고, 알루미늄을 적절히 용강에 투입한다.
상기 슬래그 염기도는 1.6~2.2, 슬래그 중의 Al2O3함량은 5~10중량%가 되도록 제어하는데, 이때 상기 슬래그 중의 Al2O3함량이 5~10중량%로 제어하기 위하여 알루미늄을 용강중량 기준으로 2~3kg/ton-steel 투입할 수 있다.
도 1은 Type별 노즐막힘을 유발하는 개재물 조성을 나타낸 것으로서, Type1은 슬래그 염기도 1.3~1.6, 알루미늄 투입량 1~2kg/ton-steel이고, Type2는 슬래그 염기도 2.2~2.5, 알루미늄의 투입량은 3~4kg/ton-steel인 경우의 개재물 조성을 나타낸다.
도 1의 Type1에서 알 수 있듯이, 슬래그 염기도가 1.6 미만, 알루미늄의 투입량이 2kg/ton-steel 미만인 경우에는 용강의 탈산 부족으로 인하여 강중 T.[O]의 증가 및 슬래그 중의 SiO2 등이 Ti 투입시 Ti에 산소를 공급하는 주요인으로 작용하여 Ti계 산화물성의 개재물이 증가될 수 있다.
반면, 도 1의 Type2에서 나타난 바와 같이, 상기 슬래그 염기도가 2.2를 초과하고, 알루미늄의 투입량이 3kg/ton-steel를 초과하여 투입되면 용강중 Sol.[Al] 증가로 인하여 AOD 출강 이후 생성되는 Al2O3가 내화물 등에서 용출된 MgO와 반응하여 생성된 스피넬이 주조시 침지노즐에 응집성장하는 핵으로 작용하여 노즐막힘을 유발하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 정련방법은 AOD 슬래그 염기도와 슬래그 중의 Al2O3함량 제어를 통하여 적절한 탈산력을 확보함과 동시에 스피넬성 개재물의 생성을 억제할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 VOD 처리공정 없이 AOD 정련법의 단독공정으로도 주조중 침지노즐 막힘을 유발하는 고융점 개재물의 생성을 억제함에 따라 제품 표면품질이 우수한 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있 는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
[실시예]
실제 스테인리스강을 생산하고 있는 AOD 정련로에서 STS409L강을 대상으로 실험하였다. AOD에서 탈탄을 종료하고 실리콘에 의한 용강의 탈산 후 슬래그 염기도를 1.0부터 3.0 범위로 제어한 다음 알루미늄 미투입 또는 1~4kg/t-steel 범위로 투입하여 용강을 제조하였다.
본 발명의 효과를 확인하기 위하여 연속주조시의 노즐막힘 발생강도 및 제품의 표면불량 발생지수를 검사하여 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.
도 2는 AOD 슬래그 염기도와 알루미늄 투입량에 따른 노즐막힘 발생강도를 나타낸 것이다. AOD 슬래그 염기도를 1.6~2.2 수준으로 제어하고, 알루미늄 투입량을 2~3kg/T-Steel으로 투입한 본 발명에 따른 발명예의 경우 노즐막힘 발생강도가 5% 수준으로 크게 감소하였음을 알 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 슬래그 염기도 및 알루미늄 투입량 조건을 만족하지 않는 종래예의 경우에는 노즐막힘 발생강도가 높게 나타났음을 잘 알 수 있다.
또한 도 3은 AOD 슬래그 염기도와 알루미늄 투입량에 따른 표면불량 발생지 수를 나타낸 것으로, 도 2와 같이 본 발명에 따르면 개재물에 기인한 제품의 표면결함 발생이 현저하게 감소함을 알 수 있다.
도 1은 Type별 노즐막힘을 유발하는 개재물 조성을 나타낸다.
도 2는 본 발명과 종래기술에 있어서 노즐막힘 발생강도를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명과 종래기술에 있어서 표면불량 발생지수를 비교한 그래프이다.

Claims (3)

  1. AOD 정련로에서 스테인레스 용강을 탈탄하고 실리콘으로 탈산하는 정련공정을 포함한 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,
    상기 실리콘 탈산후에 슬래그 염기도(CaO중량%/SiO2중량% 비)를 1.6~2.2로 제어하는 제 1단계;
    상기 슬래그 중의 Al2O3함량을 5~10중량%로 제어하는 제 2단계;를 포함하여 이루어지는 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계는 슬래그 중의 알루미늄을 용강중량을 기준으로 2~3kg/ton-steel을 투입하는 것을 특징으로 하는 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스강은 중량%로, C: 0.05~0.2%, Si: 0.2~0.7%, Cr: 11~13%, N: 0.05~0.2% Ti: 0.1~0.3%를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 함유 페라이트계 스테인리스강의 정련방법.
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